1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 精密仪器与装备研发中心，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
为了实现对微小物体的高精度三维测量，本文构建了一套基于结构光照明的三维形貌测量系统，对该系统所使用的相位编码算法、远心相机标定算法和投影仪标定算法进行了研究。首先，通过边缘提取算法获得二维平面标靶的特征点坐标，使用改进的张氏标定算法完成远心相机标定，通过相位编码结构光得到相机像素与投影仪像素之间的映射关系。然后，由映射关系使投影仪也能捕获特征点的位置信息，进而完成投影仪标定。最后，基于立体视觉模型对被测物体进行三维重建。实验结果表明，标定后的测量系统视场大于2 000 mm2，全视场的测量精度约为32 μm，中心视场的测量精度为10 μm。该系统具有良好的稳定性和重复性，能够满足大多数工业检测的应用需求，展示出广阔的应用前景。
结构光 三维测量 远心镜头 高精度 structured light three-dimensional measurement telecentric lens high precision
北京航空航天大学 电子信息工程学院 电磁兼容技术研究所，北京 100191
现有的反射面电磁成像系统体积庞大，无法满足机载、车载、无人机等应用平台要求。针对此类问题，研究了龙伯透镜的结构特性和成像特性，设计了大视场龙伯透镜电磁成像系统，利用空不变成像特性进行超分辨图像处理，实现了快速、大视场、宽频带、高分辨电磁辐射源分布成像。计算了口径300 mm带球核分层龙伯透镜参数，仿真了4～18 GHz龙伯透镜焦弧面场强分布，验证了龙伯透镜空不变的成像特性及其超分辨算法的有效性。实验对比了抛物反射面电磁成像系统和本文龙伯透镜电磁成像系统的体积、成像范围、源数目和分辨率，结果证明了本文系统的优越性，同样分辨率下，达到了方位角及俯仰角均为40°的大视场范围。
大视场电磁成像 龙伯透镜 空不变 图像超分辨 large field of view Luneburg lens space invariant super-resolution 强激光与粒子束
2024, 36(4): 043017
1 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
2 中国科学院光场调控科学技术全国重点实验室, 四川 成都 610209
针对现有多波段成像系统体积大、功耗高和集成化设计困难的问题，本文提出了一种基于单传感器的三波段共口径成像光学系统的设计方法。首先，在光学系统的光阑处设计1×2多波段透镜阵列，把可见光波段和短波红外波段同时成像在一个像平面上，并把两个波段中心波长的成像位置偏差控制在一个像元内以实现双波段融合成像。然后，针对双波段成像衍射极限不同的问题，提出分通道透镜阵列的离轴偏移量和通光口径大小联合优化方法，并采用双电动光阑高速控制三个成像通道的切换速度。最后，设计了一个基于单传感器的焦距为30 mm，工作波段分别为480~900 nm、900~1700 nm和480~1700 nm的三波段共口径光学系统。设计及分析结果表明该系统具有成像质量好、结构紧凑、无运动光学元件、成像波段切换速度快等优点。
单传感器 透镜阵列 多波段成像系统 光学设计 single sensor lens array multi-band imaging system optical design
1 南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院，江苏 南京 210023
2 南京南瑞信息通信科技有限公司，江苏 南京 211100
应用介电泳原理设计了一种基于平板电极的非球面组合液体透镜。该透镜主要由上下平行的4块氧化铟锡（ITO）导电平面玻璃板、腔体、介质层和疏水层组成，具有结构简单、易于实现的优点。利用COMSOL、MATLAB和Zemax软件，建立了基于平板电极的非球面组合液体透镜的光学模型，仿真分析了其在不同电压下的焦距变化，并讨论了平板电极的平行度对组合透镜焦距的影响。对该非球面组合透镜的器件制备与实验分析，结果表明：当工作电压由0增加到280 V时，焦距由28.7135 mm变化为20.1943 mm，与仿真结果基本相符；该器件的成像分辨率最高可达49.8244 lp/mm。
光学器件 介电泳原理 非球面 平板电极 液体变焦透镜
1 长江师范学院微纳光电器件与智能感知系统重点实验室，重庆 408100
2 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
3 中国科学院重庆绿色智能技术研究院微纳制造与系统集成研究中心，重庆 400714
4 珠海迈时光电科技有限公司，广东 珠海 519060
针对传统微透镜面形测试光路复杂和效率不高的问题，提出了一种基于微透镜远场光斑高效提取环带状面形误差峰谷（PV）值的方法。基于几何光学原理，计算了不同环带误差形成的光斑的分界线位置；建立了环带误差的三维模型，通过仿真不同误差模型下的远场光斑，获得了分界线内外光强比值和环带误差值的对应关系；最后利用微纳加工技术制备出不同环带误差的微透镜阵列，搭建测试光路，通过测试获得了不同环带误差下的光斑能量分布，通过模型计算获得的微透镜环带状面形误差PV值与干涉仪测试结果一致。
光学器件 微透镜 远场光斑 环带状面形误差 光斑能量比
1 中国科学院 西安光学精密机械研究所， 陕西西安709
2 中国空气动力研究与发展中心超高速所， 四川绵阳61000
为满足在瞬态条件、不同物距下获得稳定高质量序列图像的成像需求，设计了四通道序列前光高速成像系统。系统采用像空间平行分光，以成像原理为出发点，对系统的设计关键进行分析。以理论计算参数为设计依据进行分镜组（物镜组、场镜及准直镜租、汇聚镜组）设计并分别进行像差独立校正，加入场镜减小系统体积和重量，提升光能利用率，通过视场和光瞳的准确衔接提高光束的传输效果，在此基础上对分镜组进行整合优化，加入分光器件形成最终的四通道序列前光成像系统。设计物距可调光路，使用中通过调节物镜组手轮保证系统在0.5 m~∞物距下的成像质量，同时保持一次像面位置不变，增强系统性能稳定性的同时降低了装调难度。系统可根据实际需要对接收端进行更换，且在分光区域加入分光器件后可拓展至八通道系统。利用装调后的序列前光成像系统进行实验室检测和现场试验，其主要光学性能良好，各通道实测分辨率可达到72 lp/mm，成像一致性大于98%。现场试验结果表明，该光学系统可满足瞬态条件下序列图像的拍摄要求。
序列前光成像 多通道 光学设计 镜组衔接 一致性 sequential front light imaging multi-channel optical design lens group connection consistency
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春130033
2 中国科学院大学, 北京100049
本文提出了一种离轴超构透镜的设计方法，并分析了不同数值孔径、离轴角度等参数对于离轴超构透镜的光谱分辨率、聚焦效率以及仿真结果的影响。利用Lumerical软件分别仿真了参数为NA=0.408、 α=13°；NA=0.180、α=13°及NA=0.408 α=20°等多个离轴超构透镜。仿真结果表明：离轴角度与光谱分辨率大小成正相关，离轴角度越大，光谱分辨能力越强，但聚焦效率越低；数值孔径越小，相位分布的覆盖范围越小，会导致仿真聚焦位置与理论值偏差变大。设计者需要根据需求合理平衡数值孔径、离轴角度等参数，最终实现理想效果。本文得出的结论对离轴超构透镜的理论分析和实际应用中的参数设计具有重要参考价值。
超构透镜 离轴超构透镜 仿真分析 meta-lens off-axis meta-lens simulation analysis
1 中国科学院电工研究所，北京 100190
2 中国科学院大学，北京 100049
环境扫描电子显微镜（ESEM）能够在低真空环境模式下对含水、含油以及生物等样品进行高分辨率观测。由于电子束通道与样品室间存在着极大的真空压差，采用真空差分结构会导致出现物镜的工作距离增加、偏转范围缩小、电子束和气体碰撞概率增加等问题，最终影响成像分辨率和效率。针对这些问题，本文从电子光学理论出发，综合考虑了ESEM中物镜结构和真空差分结构，将两者结合在一起进行优化设计，提出了一种具有可变真空结构的物镜设计方法，并搭建了实验平台，开展了物镜磁场测试、真空压差测试和分辨率测试。测试结果表明，在目前实验条件和133 Pa的低真空环境模式下，工作距离为15 mm时，20 μm×20 μm的扫描场对应的成像分辨率优于50 nm。
电子光学 物镜 可变真空结构 压差光阑 节流管
1 中国科学院大学自适应光学重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
3 中国科学院大学，北京 100049
倾斜透镜可以将拉盖尔-高斯光束转换为厄米-高斯光束。因此，推导了基于倾斜透镜的拉盖尔-高斯光束阵列与厄米-高斯光束阵列相互转换的位置映射关系。当倾斜透镜绕任意轴旋转一定角度时，两光束阵列的位置将会关于该轴对称。实验中，利用空间光调制器生成了1×1、2×2、3×3、3×1、1×3的拉盖尔-高斯光束阵列，并用倾斜透镜将其转换为厄米-高斯光束阵列，通过对比两光束阵列的光场分布，验证了上述理论分析结果。实验结果与理论分析完全一致。该工作为拉盖尔-高斯光束阵列的轨道角动量测量提供了更明确的理论指导。
拉盖尔-高斯光束阵列 轨道角动量测量 倾斜透镜 位置映射关系 厄米-高斯光束阵列 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0507001
